新工科背景下“虛實(shí)結(jié)合”環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索與實(shí)踐

［摘要］實(shí)驗(yàn)教學(xué)是環(huán)境工程原理相關(guān)課程教學(xué)環(huán)節(jié)中的重要組成部分，注重培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)易受到時(shí)間、空間、設(shè)備等限制，實(shí)體實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)具有一定的局限性。為了提高學(xué)生的綜合創(chuàng)新實(shí)踐能力，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)體實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，從實(shí)驗(yàn)方案構(gòu)建、教學(xué)方式、評(píng)價(jià)方式等方面構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。實(shí)踐表明，該教學(xué)體系豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，加深了學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，增強(qiáng)了學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)興趣，解決了實(shí)驗(yàn)受時(shí)空限制的問(wèn)題。［關(guān)鍵詞］新工科；虛實(shí)結(jié)合；環(huán)境工程原理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)2016年，自教育部正式提出“新工科”建設(shè)以來(lái)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”[1]。推動(dòng)新工科建設(shè)，必須全面推進(jìn)建設(shè)新模式、新結(jié)構(gòu)、新理念的工程教育，以新工科的整體面貌迎接多重戰(zhàn)略機(jī)遇與挑戰(zhàn)交織并存的新形勢(shì)、新任務(wù)，加強(qiáng)對(duì)工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的把控，培養(yǎng)工程實(shí)踐能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新和實(shí)干精神的工科人才。黨的二十大報(bào)告指出：“教育、科技、人才是全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐。”對(duì)于工程技術(shù)人才來(lái)說(shuō)，新工科人才培養(yǎng)模式的建設(shè)與發(fā)展具有十分重要的意義。2024年1月11日，《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于全面推進(jìn)美麗中國(guó)建設(shè)的意見(jiàn)》發(fā)布，建設(shè)美麗中國(guó)全面推進(jìn)。目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，但與之相應(yīng)環(huán)境治理呈現(xiàn)明顯滯后，隨著新污染物出現(xiàn)，各種復(fù)雜的環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，亟須先進(jìn)的污染治理技術(shù)和環(huán)境工程高水平專(zhuān)業(yè)人才解決日前面臨的環(huán)境問(wèn)題，進(jìn)而全面推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。環(huán)境工程是一個(gè)實(shí)踐性和應(yīng)用性非常強(qiáng)的多學(xué)科交叉學(xué)科，安徽建筑大學(xué)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)分別于2021年通過(guò)教育部工程教育認(rèn)證和國(guó)家“雙萬(wàn)計(jì)劃”一流本科專(zhuān)業(yè)建設(shè)點(diǎn)。環(huán)境工程原理是環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)九門(mén)核心課程之一，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是環(huán)境工程原理課程理論指導(dǎo)實(shí)踐的重要環(huán)節(jié)，相較于理論教學(xué)更具有直觀性、綜合性和創(chuàng)新性，有利于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、工程實(shí)踐能力和科技創(chuàng)新能力[2]。在新工科人才培養(yǎng)的要求下，工科實(shí)驗(yàn)課應(yīng)以學(xué)生發(fā)展為中心，通過(guò)教學(xué)評(píng)價(jià)促進(jìn)持續(xù)改進(jìn)，推進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合[3]。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)受實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的限制，很多綜合性實(shí)驗(yàn)無(wú)法在實(shí)際授課過(guò)程中充分展現(xiàn)。因此，在環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中要不斷地豐富教學(xué)手段，提高教學(xué)水平，滿(mǎn)足專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的具體要求。環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)?zāi)壳伴_(kāi)設(shè)了“伯努利方程”“恒壓過(guò)濾常數(shù)測(cè)定”“傳熱綜合實(shí)驗(yàn)”“填料塔吸收實(shí)驗(yàn)”“微濾超濾實(shí)驗(yàn)”“光催化降解污水實(shí)驗(yàn)”“微生物培養(yǎng)及降解污染物實(shí)驗(yàn)”和“污泥消化實(shí)驗(yàn)”8個(gè)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握傳熱基本方式和原理、分離和反應(yīng)工程原理，熟練調(diào)控實(shí)驗(yàn)參數(shù)和數(shù)據(jù)分析，解決復(fù)雜問(wèn)題能力的培養(yǎng)和鍛煉，培養(yǎng)創(chuàng)新性思維、家國(guó)情懷和工程倫理觀。本文在總結(jié)傳統(tǒng)環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在的問(wèn)題和“虛實(shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，分析了環(huán)境工程原理“虛實(shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建與實(shí)踐，探討了“虛實(shí)結(jié)合”教學(xué)方式的應(yīng)用對(duì)提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的現(xiàn)實(shí)意義。一、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在的不足傳統(tǒng)環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用“課前預(yù)習(xí)+課堂講解+學(xué)生實(shí)體操作+實(shí)驗(yàn)報(bào)告”模式[4]（如圖1所示），學(xué)生與教師僅僅在線(xiàn)下做實(shí)驗(yàn)時(shí)交流，多集中理論理解和實(shí)驗(yàn)裝置的操作，特別是實(shí)驗(yàn)結(jié)束后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)數(shù)據(jù)分析無(wú)法及時(shí)與教師交流，學(xué)生很難形成完整、全面的知識(shí)體系。傳統(tǒng)環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不足總結(jié)有如下六點(diǎn)。（一）教材和教學(xué)內(nèi)容更新滯后新污染物出現(xiàn)及日益復(fù)雜的環(huán)境污染問(wèn)題和污染物治理理論和新技術(shù)，教材內(nèi)容的更新跟不上，又由于教師實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有限，不能及時(shí)分享最新工程案例，難以建立“理論—實(shí)踐—應(yīng)用”機(jī)制，導(dǎo)致學(xué)生獲取的信息量減少，不利于對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解和掌握。（二）課前備課工作量大，學(xué)生課前預(yù)習(xí)效果差實(shí)驗(yàn)教師需根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目準(zhǔn)備相應(yīng)試劑及儀器、裝置等，如果準(zhǔn)備不充分，將影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教師課前準(zhǔn)備工作量大。另外，學(xué)生課前預(yù)習(xí)只是通過(guò)實(shí)驗(yàn)教材或指導(dǎo)書(shū)中圖片了解實(shí)驗(yàn)儀器，沒(méi)有接觸實(shí)驗(yàn)儀器的機(jī)會(huì)，造成學(xué)生課前預(yù)習(xí)效果差。由于預(yù)習(xí)效果差，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)很難進(jìn)行思考并提出問(wèn)題，被動(dòng)接受課堂信息，最終導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不好。（三）課堂教學(xué)模式單一，學(xué)生體驗(yàn)感差目前，實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)多借助已購(gòu)置實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目原理和設(shè)備操作進(jìn)行逐一介紹，學(xué)生自主操作機(jī)會(huì)少，導(dǎo)致部分學(xué)生有敷衍了事的心態(tài)，學(xué)習(xí)興趣不高，一定程度上抑制了學(xué)生的好奇心，造成學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力弱，學(xué)習(xí)效果差，體驗(yàn)感差。（四）實(shí)驗(yàn)課教學(xué)資源有限，學(xué)生參與度低工程教育認(rèn)證要求工科實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目每組人數(shù)為4～6人，受教學(xué)場(chǎng)地和經(jīng)費(fèi)限制，難以購(gòu)買(mǎi)大量實(shí)驗(yàn)設(shè)備，部分長(zhǎng)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分組滿(mǎn)足工程教育認(rèn)證要求，很多學(xué)生存在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中都沒(méi)有參與，這部分學(xué)生課后的實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成質(zhì)量大打折扣，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果難以保障。對(duì)于高危和高污染的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)需要課前將試劑配制好，實(shí)驗(yàn)過(guò)程產(chǎn)生的廢液或廢渣若不規(guī)范處置，將會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，受制于實(shí)驗(yàn)危化品安全管理及場(chǎng)地，無(wú)法滿(mǎn)足所有學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，更有部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目無(wú)法開(kāi)展，學(xué)生沒(méi)有實(shí)際操作的機(jī)會(huì)，這些都不利于學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)和提升[5]。（五）實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中實(shí)驗(yàn)類(lèi)型比例不盡合理由于實(shí)體實(shí)驗(yàn)裝置及數(shù)量的限制，課程中有關(guān)設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)所占比例較少，驗(yàn)證和演示性實(shí)驗(yàn)較多，學(xué)生按照教師講的步驟進(jìn)行操作，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程學(xué)生處于被動(dòng)地位，學(xué)生只有進(jìn)行自主設(shè)計(jì)或參與綜合性和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，才能進(jìn)行獨(dú)立思考和提出相應(yīng)的問(wèn)題，不斷進(jìn)行“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思考—提出問(wèn)題—解決問(wèn)題”反饋，學(xué)生的綜合實(shí)踐能力才能得到提高。而一旦缺少進(jìn)行自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，將不利于學(xué)生主動(dòng)思考和探索能力培養(yǎng)。（六）課后復(fù)習(xí)難度高、操作遺忘率高學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)后進(jìn)入污染物檢測(cè)和治理相關(guān)崗位，會(huì)接觸污染指標(biāo)測(cè)定和相關(guān)設(shè)備的操作，而這些需要他們利用學(xué)校學(xué)習(xí)的知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作完成。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式多存在做一遍就結(jié)束的現(xiàn)象，很難在有限時(shí)間內(nèi)對(duì)實(shí)驗(yàn)框架和實(shí)驗(yàn)操作有完整和全面的理解和掌握，難以復(fù)盤(pán)復(fù)習(xí)，進(jìn)而造成學(xué)生操作遺忘率高，不符合新工科對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的要求。二、“虛實(shí)結(jié)合”教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)虛擬仿真技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)用一個(gè)智能化的系統(tǒng)模仿現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，實(shí)現(xiàn)可視化實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境的技術(shù)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是依托虛擬仿真云平臺(tái)，學(xué)生一方面可以在云平臺(tái)進(jìn)行操作，另一方面可以自行設(shè)計(jì)和完成與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以從視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等層面的感知上帶給使用者身臨其境的感覺(jué)，體驗(yàn)感很好。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)具備低成本、高效率、智能化等特點(diǎn)?！疤搶?shí)結(jié)合”教學(xué)模式是在保留實(shí)體教學(xué)優(yōu)勢(shì)的前提下，由虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)彌補(bǔ)其實(shí)踐教學(xué)的不足，有利于實(shí)現(xiàn)學(xué)生工程能力更為全面、系統(tǒng)的培養(yǎng)和鍛煉。（一）與時(shí)俱進(jìn)，更新教學(xué)內(nèi)容虛擬仿真云平臺(tái)能持續(xù)更新污染物治理檢測(cè)新技術(shù)和新方法，彌補(bǔ)教材內(nèi)容更新滯后的不足，以便學(xué)生及時(shí)獲取、掌握新知識(shí)，提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，提升教學(xué)效果。（二）打破時(shí)空限制，豐富教學(xué)形式如“污泥消化”實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，線(xiàn)下實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)有限，無(wú)法將整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程充分呈現(xiàn)出來(lái)。學(xué)生在虛擬仿真云平臺(tái)觀看和操作，對(duì)污泥消化反應(yīng)有全面、直觀的理解，然后在實(shí)驗(yàn)裝置再進(jìn)行實(shí)操，利用“虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)方式能夠較好地解決這類(lèi)設(shè)計(jì)性和綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)設(shè)問(wèn)題[6]。將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，能夠?qū)鳠帷⒎蛛x過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題在虛擬仿真軟件中完全呈現(xiàn)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)的可視性和可操作性，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平和學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。（三）降低教學(xué)成本，安全操作性增強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中危險(xiǎn)化學(xué)品實(shí)驗(yàn)均為電腦操作，避免了有毒有害物質(zhì)的接觸。利用“虛實(shí)結(jié)合”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式可以減少傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備投入和?；肥褂昧?，學(xué)生能清楚地觀察不同工作狀態(tài)下反應(yīng)裝置的內(nèi)部狀態(tài)，有助于理解整個(gè)污染物控制技術(shù)。（四）實(shí)驗(yàn)類(lèi)型比例合理，學(xué)生自主選擇性強(qiáng)虛擬仿真云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)類(lèi)型和比例更合理，驗(yàn)證、設(shè)計(jì)、綜合及創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)都有一定比例，學(xué)生在完成必修內(nèi)容后，還可以根據(jù)自己的興趣自由選擇其他實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，無(wú)需受限于教材內(nèi)容。學(xué)生自由選擇綜合性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后可以自己設(shè)計(jì)，改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)，獲取自己期望的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，有利于學(xué)生統(tǒng)籌邏輯思維能力的培養(yǎng)和鍛煉。（五）評(píng)價(jià)方式多樣化，考核更全面虛擬仿真實(shí)驗(yàn)考核多樣化，學(xué)生互動(dòng)性更強(qiáng)，能增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果?！疤搶?shí)結(jié)合”教學(xué)方式評(píng)價(jià)可采用線(xiàn)上（虛擬仿真實(shí)驗(yàn)）和線(xiàn)下（傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)）相結(jié)合，評(píng)價(jià)體系更完整。（六）課后復(fù)習(xí)便捷，能增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)展，學(xué)生沒(méi)有時(shí)空限制，利用網(wǎng)絡(luò)或手機(jī)終端，隨時(shí)隨地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和操作。學(xué)生可以根據(jù)自己對(duì)知識(shí)掌握的程度自行調(diào)整進(jìn)度，能夠?qū)崿F(xiàn)有計(jì)劃學(xué)習(xí)，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地復(fù)習(xí)，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。三、“虛實(shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建“虛實(shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，構(gòu)建的虛實(shí)結(jié)合環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系如圖2所示[7]?！疤搶?shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案分為課前預(yù)習(xí)、實(shí)體實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)三個(gè)部分，課前預(yù)習(xí)包括虛擬仿真云平臺(tái)圖片和文獻(xiàn)資料介紹，熟悉實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目原理和影響因素；實(shí)體實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)操；虛擬仿真實(shí)驗(yàn)針對(duì)設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，如污泥消化實(shí)驗(yàn)等?！疤搶?shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式分為“虛實(shí)結(jié)合”教學(xué)方式、問(wèn)題啟發(fā)式教學(xué)方法、案例式教學(xué)方法和研討互動(dòng)式教學(xué)方法四個(gè)部分，其中問(wèn)題啟發(fā)式和案例式教學(xué)中，教師提前將實(shí)驗(yàn)相關(guān)環(huán)境熱點(diǎn)問(wèn)題或案例錄入云平臺(tái)，學(xué)生提前熟悉和了解，實(shí)驗(yàn)課程講解時(shí)，學(xué)生能帶著問(wèn)題與教師互動(dòng)討論，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提升教學(xué)效果。實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)方式分為兩種：虛擬仿真評(píng)價(jià)（線(xiàn)上）和實(shí)體實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)（線(xiàn)下），根據(jù)學(xué)生線(xiàn)上對(duì)資料瀏覽學(xué)習(xí)、討論等參與情況進(jìn)行線(xiàn)上評(píng)價(jià)，線(xiàn)下開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)學(xué)生參與度和實(shí)際操作能力給予評(píng)價(jià)，兩種評(píng)價(jià)方式相結(jié)合，能更全面地考核和評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的掌握情況及實(shí)踐能力。四、“虛實(shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐基于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置和虛擬仿真平臺(tái)進(jìn)行“虛實(shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)教學(xué)，我校在環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中取得較好的教學(xué)效果，可以進(jìn)一步提升學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的知識(shí)運(yùn)用能力，增強(qiáng)解決實(shí)際環(huán)境污染物控制工藝技術(shù)問(wèn)題的綜合能力。（一）傳熱綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)境中部分廢水和廢氣治理需要熱交換進(jìn)行加熱或冷卻，如廢水或污泥厭氧處理和污泥干燥、廢氣進(jìn)吸附床前干燥等。本實(shí)驗(yàn)采用“虛實(shí)結(jié)合”方式進(jìn)行，其中普通管和強(qiáng)化管實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有裝置進(jìn)行，而列管式換熱通過(guò)虛擬仿真軟件進(jìn)行，調(diào)整空氣和水流量，記錄數(shù)據(jù)處理再計(jì)算傳熱系數(shù)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)增加了實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容（無(wú)列管換熱器），有助于學(xué)生對(duì)不同類(lèi)型換熱設(shè)備的原理和參數(shù)調(diào)控有更深入的理解。（二）光催化降解污水實(shí)驗(yàn)污水處理多以生物法為主，組分復(fù)雜的工業(yè)廢水依據(jù)其水質(zhì)特點(diǎn)和排放要求，需要選擇不同的方法。印染廢水組分復(fù)雜，難處理，多數(shù)染料分子微生物降解能力弱，選擇高級(jí)氧化技術(shù)是一個(gè)很好的選擇。光催化降解污水實(shí)驗(yàn)，在光催化實(shí)驗(yàn)裝置上處理染料廢水，學(xué)生需要調(diào)控光類(lèi)型（紫外/可見(jiàn)）、TiO2加入量和pH等反應(yīng)條件，通過(guò)可見(jiàn)分光光度計(jì)和總有機(jī)碳分析儀分別測(cè)定污水的吸光度和總有機(jī)碳，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)分析光催化對(duì)染料廢水的脫色率和有機(jī)物礦化度。污水顏色變淺是由于污水中發(fā)色基團(tuán)中化學(xué)鍵斷裂，發(fā)色基團(tuán)濃度降低，總有機(jī)碳減小是由于光催化產(chǎn)生自由基攻擊發(fā)色基團(tuán)后礦化為無(wú)機(jī)物。實(shí)際參與實(shí)驗(yàn)后，多數(shù)學(xué)生通過(guò)該實(shí)驗(yàn)對(duì)光催化降解污水機(jī)理和操作有了一定了解，增強(qiáng)了他們對(duì)污水處理的好奇心，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣。（三）填料塔吸收虛擬仿真實(shí)驗(yàn)吸收是環(huán)境中廢氣治理的一種常見(jiàn)方法，具有成本低、適應(yīng)范圍廣等特點(diǎn)，如NH3、SO2和VOCs等治理。本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在虛擬仿真云平臺(tái)進(jìn)行，吸收質(zhì)（NH3或SO2）屬于?；?，在虛擬仿真軟件進(jìn)行操作，實(shí)驗(yàn)中可以選不同吸收質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，無(wú)需購(gòu)買(mǎi)危化品，安全、環(huán)保。該過(guò)程操作涉及泵、風(fēng)機(jī)和閥門(mén)等部件，實(shí)驗(yàn)中需要調(diào)整氣液比、填料塔高度和進(jìn)氣濃度，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后處理得到總傳質(zhì)系數(shù)。由于NH3和SO2分屬于兩種類(lèi)型傳質(zhì)控制，依托實(shí)驗(yàn)結(jié)果，有助于提高學(xué)生的分析和歸納能力。（四）污泥消化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)污水處理廠剩余污泥含有大量有機(jī)質(zhì)，將其進(jìn)行消化處理，產(chǎn)生甲烷可回收利用，消化后的污泥進(jìn)一步處理，污泥處理量大大減少，一方面可實(shí)現(xiàn)能源回收，另一方面可實(shí)現(xiàn)降碳。污泥消化實(shí)驗(yàn)是通過(guò)虛擬仿真軟件進(jìn)行的，該過(guò)程操作涉及污泥泵、加熱裝置、甲烷收集和預(yù)警、污泥脫水裝置等，實(shí)驗(yàn)中需要調(diào)整污泥濃度、溫度和消化時(shí)間等參數(shù)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后處理得到甲烷產(chǎn)率、上清液中COD、TP和NH3-N及污泥脫水性能等數(shù)據(jù)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)，與學(xué)生就污泥消化